Quelles sont les utilisations des roulements à billes à contact oblique à double rangée série 33 ?

Comprendre la conception de la série 33 et pourquoi elle convient à ces applications

Avant d'explorer des utilisations d'applications spécifiques, il est important de comprendre ce qui distingue Roulements à billes à contact oblique à double rangée série 33 des autres configurations de roulements et pourquoi ces distinctions les rendent adaptés à leurs applications caractéristiques.

La série 33 appartient à la famille des roulements à billes à contact oblique à double rangée, caractérisée par deux rangées de billes disposées symétriquement dans un seul roulement, chacune fonctionnant selon un angle de contact défini — 30 degrés pour la série 33 . Cet angle de contact est plus raide que l'angle de 15 degrés des roulements rigides à billes standard, ce qui signifie que chaque point de contact de la bille décompose la force appliquée en une composante axiale plus grande et une composante radiale plus petite par rapport à un roulement à angle moins profond de la même taille.

L'implication pratique de cette géométrie est un roulement spécialement optimisé pour les applications où les charges axiales sont importantes, soit en tant que charges primaires, soit en tant que charges secondaires importantes parallèlement aux charges radiales. L'angle de contact de 30 degrés donne à la série 33 environ Capacité de charge axiale 40 à 60 % plus élevée par unité de capacité radiale par rapport à la série 32 (qui utilise un angle de contact de 15 degrés), ce qui en fait le bon choix lorsque les charges de poussée sont le facteur de conception dominant. (Source : ISO 15:2017, Roulements — Roulements radiaux — Dimensions d'encombrement, Plan général)

Caractéristiques de conception clés qui déterminent l'adéquation des applications

• Deux rangées de balles dans une seule unité : Combine la capacité de charge de deux roulements à une rangée dans un seul assemblage, éliminant ainsi le besoin de roulements appariés, d'entretoises et de réglage de la précharge sur site tout en conservant le support axial bidirectionnel fourni par les roulements à une rangée jumelés.
• Angle de contact de 30 degrés : Fournit une capacité de charge axiale considérablement plus élevée que ses équivalents à angle faible, ce qui fait de la série 33 la spécification correcte lorsque la poussée des engrenages hélicoïdaux, la pression du fluide sur les roues de la pompe ou les charges de service axiales dominent le cas de charge.
• Précharge réglée en usine : La précharge interne est établie et verrouillée au stade de la fabrication, éliminant ainsi l'exigence de précision d'installation pour le réglage de la précharge sur site qui correspond à la demande de roulements à une rangée, réduisant ainsi les compétences d'installation requises et les erreurs d'assemblage.
• Enveloppe axiale compacte : Une unité simple à double rangée est 20 à 35% plus court axialement que deux roulements à une rangée offrant une capacité de charge équivalente, permettant des conceptions d'arbre et de boîtier plus compactes
• Disposition interne de type O : La disposition dos à dos (DB) standard des roulements à contact oblique à double rangée crée une large portée de support efficace dans la propre largeur du roulement, offrant une résistance aux moments de renversement que les roulements à une rangée ne peuvent pas égaler.

Utilisation dans les broches de machines-outils et les équipements de précision

Les broches de machines-outils représentent l'une des applications les plus exigeantes et les plus importantes historiquement des roulements à billes à contact oblique à double rangée, y compris la série 33. Les centres d'usinage CNC, les rectifieuses, les aléseuses et les tours nécessitent tous des agencements de roulements de broche qui satisfont simultanément à trois exigences contradictoires : une rigidité maximale (pour minimiser la déviation de l'outil et maintenir la précision d'usinage), une capacité de vitesse de rotation élevée et une longue durée de vie sous des charges de coupe combinées.

Pourquoi les roulements à contact oblique à double rangée dominent les applications de broches

Lors des opérations d'usinage, l'outil de coupe génère des forces qui ont des composantes à la fois radiales et axiales dont les amplitudes et les directions changent continuellement à mesure que la trajectoire de l'outil change. Un roulement de broche doit réagir à ces charges combinées sans permettre aucune déviation au niveau de la pointe de l'outil qui dépasse la tolérance d'usinage - pour les opérations de meulage de précision, cela signifie rigidité radiale de la broche de 50 à 200 N/micron est nécessaire au point de montage de l'outil. (Source : Fondamentaux de la conception de machines-outils, Klocke et Kuchle, Springer, 2011)

La géométrie à double rangée dos à dos du roulement de la série 33 crée une large portée de support efficace dans la propre longueur axiale du roulement, générant une rigidité par moment qui résiste bien plus efficacement à la déflexion de la pointe de l'outil sous des charges de coupe excentriques que les alternatives à une rangée de taille d'alésage équivalente. Les roulements de précision de la série 33 (classes ISO P5 et P4) sont utilisés à l'avant (extrémité de travail) de la broche des centres d'usinage CNC et des broches de rectification, là où les exigences de précision sont les plus critiques.

Applications spécifiques des machines-outils

• Broches de fraisage CNC : La position du roulement d'extrémité de broche dans les centres d'usinage CNC verticaux et horizontaux, où les forces de coupe sur trois axes nécessitent un support axial radial et bidirectionnel simultané à partir d'une seule position de roulement compacte.
• Broches de rectification cylindriques : Broches de tête de meule dans les rectifieuses cylindriques et planes, où la force de meulage radiale et la masse de la meule se combinent pour nécessiter une rigidité radiale élevée, tandis que la direction d'avance de la meule génère une poussée axiale qui doit être supportée
• Broches d'aléseuse : Les opérations d'alésage profond génèrent simultanément des forces de coupe radiales et une poussée dans le sens d'alimentation de la pièce, ce qui rend la capacité de charge combinée de la série 33 directement applicable.
• Broches pour instruments de précision : Les têtes de sonde de machine à mesurer tridimensionnelle (MMT), les tables rotatives optiques et les têtes de division de précision utilisent des roulements de la série 33 dans des gammes de tailles miniatures où la précharge d'usine garantit une rotation constante à faible faux-rond sans étalonnage sur site

Utilisation dans les applications automobiles et automobiles

L'industrie automobile est l'un des plus grands consommateurs de roulements à billes à contact oblique à double rangée, et la série 33 s'adresse spécifiquement à plusieurs applications automobiles où une capacité de charge axiale élevée est l'exigence de conception dominante.

Unités de roulement de moyeu de roue

Les roulements de moyeu de roue modernes pour véhicules de tourisme (conceptions de génération 1 et de génération 2) utilisent des roulements à billes à contact oblique à double rangée comme cœur structurel de l'ensemble de moyeu. L'environnement de charge sur une roue de véhicule est un cas de charge combiné classique : charge radiale provenant du poids du véhicule agissant à travers la géométrie de la suspension, charge axiale provenant des forces de virage et du carrossage de la route agissant latéralement, et charge de moment provenant du couple de freinage et de la géométrie de la suspension créant un moment de renversement au niveau de l'axe de la roue.

L'angle de contact de 30 degrés de la série 33 est bien adapté à ce profil de charge car les forces de virage lors des manœuvres de conduite dynamique génèrent des charges axiales qui peuvent s'approcher de 0,8 à 1,2 fois la charge radiale statique sur la roue extérieure – un rapport axial/radial élevé que la série 33 gère plus efficacement que les alternatives à angle faible. (Source : SAE International Journal of Passenger Cars – Systèmes mécaniques, analyse de la charge des roulements de roue, vol. 5, 2012)

Applications de transmission et de boîte de vitesses

Les transmissions manuelles et automatiques des véhicules génèrent des charges sur l'arbre qui combinent les forces radiales de l'engrenage avec des charges de poussée des engrenages hélicoïdaux dans les deux directions axiales lorsque la transmission passe entre les engagements de marche avant et de marche arrière. La série 33 fournit le support axial bidirectionnel requis par ces positions d'arbre tout en occupant un espace axial plus compact que les alternatives à une seule rangée - une considération importante dans les conceptions de boîtes-ponts compactes où l'espace de l'emballage est sévèrement limité.

Direction assistée et entraînements par moteur électrique

Les arbres de moteur de direction assistée électrique (EPS) et les arbres d'entraînement des moteurs de traction de véhicules électriques nécessitent des roulements qui supportent des charges radiales et axiales combinées provenant d'une transmission de force par courroie ou par engrenages tout en maintenant un faible bruit et des vibrations à des vitesses proches de zéro à 15 000 tr/min ou plus dans les architectures EV modernes. La série 33 en qualité de précision offre la combinaison d'un fonctionnement à faible bruit, d'une capacité de charge combinée et d'une précision de précharge en usine requise pour ces applications à grande vitesse et à faible bruit.

Utilisation dans les pompes et les compresseurs

Les pompes centrifuges et les compresseurs rotatifs représentent un domaine d'application naturel pour Roulements à billes à contact oblique à double rangée série 33 car la dynamique des fluides de ces machines génère des charges de poussée axiales qui doivent être supportées par le système de roulement d'arbre aux côtés des charges radiales provenant du poids de l'arbre et de la pression du fluide sur les surfaces de la roue ou du rotor.

Roulements d'arbre de pompe centrifuge

Dans une pompe centrifuge à un étage, la différence de pression entre l'entrée et la sortie de la roue crée une force de poussée hydraulique axiale qui agit dans la direction de l'approche du fluide vers l'œil de la roue. Cette charge de poussée est continue pendant le fonctionnement et doit être entièrement réagie par le système de roulement de l'arbre de la pompe. Pour les pompes centrifuges de taille moyenne utilisées dans les applications de traitement de l'eau, de traitement chimique et de CVC, la force de poussée axiale peut représenter 20 à 60% de la charge radiale du poids de l'arbre et des charges latérales de la courroie ou de l'accouplement.

Le roulement de la série 33 répond directement à ce profil de charge : son angle de contact de 30 degrés offre une capacité axiale élevée pour le composant de poussée hydraulique, tandis que la construction à double rangée fournit la capacité radiale pour le poids de l'arbre et les charges sur la courroie, et la géométrie dos à dos fournit un support de moment pour les charges en porte-à-faux des roues en porte-à-faux. Cette combinaison rend la série 33 particulièrement intéressante pour les pompes centrifuges à aspiration finale utilisées dans les processus industriels. (Source : Pump Handbook, Karassik, Messina, Cooper et Heald, McGraw-Hill, 4e édition, 2008)

Support d'arbre de compresseur

Les compresseurs rotatifs à vis et à spirale dans les applications de réfrigération, de climatisation et d'air comprimé industriel génèrent des forces axiales à partir de la géométrie hélicoïdale des rotors à vis ou de la pression différentielle du gaz sur les surfaces des plaques à spirale. Ces charges axiales sont combinées avec des charges radiales provenant de la masse du rotor et des forces de gaz perpendiculaires à l'axe de l'arbre. La série 33 offre la capacité de charge combinée nécessaire dans l'enveloppe radiale compacte de ces machines, où l'ajout d'un palier de butée séparé augmenterait considérablement la taille et le coût de la machine.

Utilisation dans les boîtes de vitesses et systèmes d'entraînement industriels

Les réducteurs industriels – en particulier les réducteurs à engrenages hélicoïdaux, coniques et à vis sans fin – génèrent des charges sur l’arbre qui sont intrinsèquement combinées. La géométrie d'engrènement des engrenages hélicoïdaux produit un vecteur de force sur l'arbre à trois composantes : tangentielle (rotation), radiale (séparation) et axiale (poussée à partir de l'angle d'hélice). Tous les trois doivent réagir par le système de roulement d'arbre, et la composante axiale des engrenages hélicoïdaux peut être importante - représentant 30 à 70% de la force tangentielle en fonction de l'angle d'hélice. (Source : Shigley's Mechanical Engineering Design, Budynas et Nisbett, 10e édition, McGraw-Hill, 2014)

Arbres de sortie du réducteur à engrenages hélicoïdaux

L'arbre de sortie d'un réducteur à engrenages hélicoïdaux supporte le couple le plus élevé et donc la force d'engrenage tangentielle la plus élevée dans la boîte de vitesses. La poussée axiale simultanée de l'engrenage hélicoïdal fait de cette position d'arbre une application naturelle pour la série 33. Un seul roulement à double rangée sur l'arbre de sortie fournit le support axial combiné radial et bidirectionnel nécessaire — permettant l'inversion de poussée axiale lorsque l'engrenage tourne dans les deux sens pendant les cycles de freinage ou d'inversion — dans une installation compacte qu'un roulement à une rangée avec une rondelle de butée séparée ne peut égaler.

Arbres de pignon d'engrenage conique

Les arbres de pignons à engrenages coniques dans les entraînements par engrenages à angle droit sont des applications de roulements particulièrement exigeantes car la géométrie de l'engrenage génère d'importantes forces de séparation axiales qui alternent dans la direction avec l'inversion de la charge. La disposition à double rangée dos à dos de la série 33 est particulièrement adaptée à cette application car sa géométrie symétrique réagit aux charges axiales de manière égale dans les deux directions sans nécessiter un ajustement sur site de la précharge lorsque la direction de la charge change.

Entraînements auxiliaires d’éoliennes

Les entraînements de contrôle de pas, les entraînements de lacet et les entraînements de générateur auxiliaire dans les éoliennes utilisent des ensembles de boîte de vitesses et de moteur compacts où la série 33 fournit la charge combinée et le support de poussée bidirectionnelle nécessaires dans l'espace d'installation limité d'une nacelle d'éolienne. Ces applications bénéficient également des variantes scellées et remplies de graisse de la série 33, qui offrent les intervalles de maintenance prolongés requis pour les composants montés à des hauteurs de 80 à 120 mètres au-dessus du sol.

Utilisation dans les moteurs et générateurs électriques

Les moteurs électriques de moyenne à grande puissance (en particulier les moteurs entraînant des ventilateurs axiaux, des charges à engrenages hélicoïdaux ou des équipements entraînés par courroie) nécessitent des roulements capables de supporter des charges radiales et axiales combinées au niveau des positions de l'arbre. La série 33 est utilisée à la position de roulement de l'extrémité non motrice (NDE) des moteurs où le positionnement axial du rotor est requis, et à la position de l'extrémité motrice (DE) où les charges latérales de la courroie se combinent avec la poussée transmise par engrenage ou par accouplement.

Applications de moteurs d'entraînement à vitesse variable

Les moteurs actionnés par des entraînements à fréquence variable (VFD) peuvent générer un courant d’arbre via les contacts des roulements – un mécanisme de défaillance bien documenté dans lequel un arc électrique traversant la zone de contact du roulement provoque des piqûres et une défaillance prématurée. Dans les variantes de roulements isolés de la série 33, la bague extérieure ou le boîtier est recouvert de céramique électriquement isolante pour empêcher le passage du courant. La série 33 en configuration isolée est la sélection standard pour les moteurs entraînés par VFD ci-dessus Puissance à l'arbre de 75 kW en position NDE, évitant ainsi les dommages aux roulements induits par le courant de l'arbre, qui constituent l'une des principales causes de défaillance prématurée de ce type de moteur. (Source : Transactions IEEE sur les applications industrielles, dommages aux roulements de moteurs électriques dus aux courants d'arbre, vol. 37, numéro 6, 2001)

Utilisation dans les machines agricoles et de construction

Les applications d'équipement agricole et de construction placent les roulements dans des conditions de charges de choc, de contamination, de grandes variations de température et de périodes prolongées entre les maintenances qui remettent en question les conceptions de roulements standard. La série 33 en variantes étanches et renforcées est utilisée à plusieurs postes clés au sein de cette catégorie d'équipement.

Applications de machines agricoles

• Arbres de tambour de battage pour moissonneuse-batteuse : Les tambours de battage des moissonneuses-batteuses subissent des charges radiales impulsives dues à l'engagement des matériaux de récolte combinées à des charges axiales dues à la géométrie hélicoïdale du tambour et aux variations de charge latérale. La construction à double rangée de la série 33 offre la marge de capacité de charge nécessaire pour ces conditions de charge de choc
• Arbres de prise de force du tracteur : Les arbres de prise de force transmettent la puissance du moteur aux outils traînés via des accouplements à cardan qui génèrent des charges radiales, axiales et de moment combinées lorsque le tracteur manœuvre sur un sol irrégulier. Les roulements scellés de la série 33 dans la transmission de la prise de force offrent des intervalles d'entretien prolongés adaptés aux programmes de maintenance sur le terrain
• Arbres d'entraînement pour semoir : Les arbres d'entraînement de dosage et de distribution des semences dans les semoirs de précision supportent des charges combinées provenant des forces d'entraînement des engrenages et des charges vibratoires transmises par les systèmes de socs travaillant le sol.

Applications d'équipement de construction

• Entraînements des tambours des malaxeurs à béton : L'arbre d'entraînement d'un tambour malaxeur à béton supporte la charge radiale due au poids du tambour et la charge axiale provenant de la géométrie de la vis hélicoïdale à l'intérieur du tambour qui crée une poussée pendant le mélange. La série 33 gère efficacement cette charge statique et dynamique combinée dans une unité d'entraînement compacte
• Arbre vibrant pour équipement de compactage : Les compacteurs vibrants et les rouleaux compresseurs utilisent des masses rotatives excentriques pour générer des forces de compactage au sol. Les roulements d'arbre de ces excitateurs de vibrations supportent des charges radiales dynamiques très élevées combinées à des charges axiales liées au positionnement de l'arbre. La série 33 en qualités robustes gère ces conditions de charge dynamique élevée dans les contraintes d'espace des équipements de compactage compacts.

Utilisation dans les instruments de précision et les équipements de mesure

À l'opposé du spectre d'applications des machines industrielles lourdes, Roulements à billes à contact oblique à double rangée série 33 Les grades de précision (classes de précision P5, P4 et P2 selon la norme ISO 492) sont utilisés dans des applications où la précision de rotation, de faibles vibrations et un frottement minimal sont les principaux critères de sélection plutôt que la capacité de charge.

Axes rotatifs de machine à mesurer tridimensionnelle (MMT)

Les modules d'axe rotatif dans les systèmes MMT nécessitent des roulements avec un faux-rond inférieur 0,5 microns au niveau de la face de montage de la broche et du faux-rond axial en dessous 0,3 micron pour maintenir la précision des mesures à la pointe de la sonde. Les roulements de précision de la série P4 de classe 33 avec précharge d'usine et sélection de billes de qualité à faible bruit répondent à ces exigences tout en fournissant le support axial bidirectionnel nécessaire lorsque l'axe rotatif est chargé dans différentes directions de contact de la sonde.

Tables rotatives et unités d'indexation de précision

Les tables rotatives des rectifieuses, des machines EDM et des centres d'usinage CNC multi-axes utilisent des roulements de précision de la série 33 pour fournir la combinaison de précision de positionnement radial et axial et de rigidité de moment requise pour une indexation précise des pièces. La précharge réglée en usine de l'unité à double rangée élimine le besoin de réinitialiser la précharge des roulements lorsque la table rotative est repositionnée ou entretenue — un avantage pratique en matière de maintenance dans les environnements de production.

Utilisation dans les machines de transformation des aliments et d’emballage

L'industrie agroalimentaire impose des exigences strictes en matière de matériaux de roulement et de lubrification (résistance à la corrosion, compatibilité avec les lubrifiants de qualité alimentaire et résistance au nettoyage par lavage) tout en exigeant les mêmes caractéristiques de capacité de charge combinées que celles qui s'appliquent dans les applications industrielles générales. Les variantes en acier inoxydable et les versions scellées remplies de graisse alimentaire de la série 33 sont utilisées dans :

• Mélangeurs et équipements de mélange : Les roulements d'arbre d'agitateur dans les mélangeurs industriels supportent des charges radiales combinées provenant de la résistance des fluides sur les pales de l'agitateur et des charges axiales provenant de la géométrie hélicoïdale de l'agitateur, dans des environnements corrosifs en contact avec les aliments qui nécessitent de l'acier inoxydable ou des bagues de roulement revêtues.
• Têtes d'entraînement de convoyeur : Les roulements d'arbre d'entraînement des systèmes de convoyeur de produits alimentaires supportent des charges radiales combinées provenant de la tension de la courroie et des charges axiales provenant des rouleaux de convoyeur couronnés qui créent une force latérale lorsque la courroie se déplace. Les roulements scellés de qualité alimentaire de la série 33 offrent les intervalles de maintenance prolongés requis dans les installations de production continue
• Systèmes d’entraînement des machines d’emballage : Les machines d'emballage à grande vitesse avec axes entraînés par came ou servomoteurs utilisent des roulements de la série 33 dans l'arbre à cames et les positions d'entraînement où les charges radiales et axiales combinées provenant de la géométrie de la came et des forces d'inertie sont présentes à des vitesses allant jusqu'à 2 000 à 4 000 tr/min

Résumé de l'application : où les roulements de la série 33 sont utilisés

Sélection du roulement série 33 adapté à votre application

La large gamme d'applications de Roulements à billes à contact oblique à double rangée série 33 signifie que les détails des spécifications comptent autant que la désignation de la série elle-même. Lors de la sélection pour une application spécifique, confirmez ces paramètres :

1. Calculez la charge dynamique équivalente (P). En utilisant les composantes de charge radiale (Fr) et axiale (Fa) avec les facteurs X et Y pour la série 33 au rapport Fa/Fr applicable selon la norme ISO 281, confirmez que la charge dynamique C du roulement sélectionné offre la durée de vie L10 requise à la vitesse et à la température de fonctionnement.
2. Confirmer les exigences de qualité de précision. Les applications industrielles générales utilisent la classe P0 (Normal). Les broches de machines-outils et les instruments de précision nécessitent la classe P5, P4 ou P2. Chaque niveau de précision supérieur augmente le coût ; préciser uniquement la note réellement requise par la candidature
3. Sélectionnez la configuration de lubrification correcte. Pour les positions inaccessibles ou à maintenance limitée, spécifiez des variantes scellées (2RS) graissées en usine. Pour les applications à grande vitesse dépassant la limite de vitesse de graissage, spécifiez des roulements ouverts avec lubrification par bain d'huile ou par jet.
4. Vérifiez l’ajustement de l’arbre et du boîtier. Confirmez la tolérance d'arbre recommandée (généralement k5 ou m5 pour la bague intérieure rotative) et la tolérance d'alésage du boîtier (généralement H6 ou J6 pour la bague extérieure fixe) selon la norme ISO 286. Un ajustement serré incorrect est l'une des principales causes de défaillance prématurée du roulement, quelle que soit la charge nominale du roulement.
5. Envisagez des variantes isolées pour les applications VFD. Si le roulement se trouve dans un moteur électrique entraîné par un variateur de fréquence supérieur à 75 kW, spécifiez la variante de bague extérieure isolée pour éviter d'endommager le roulement induit par le courant de l'arbre.

Le Roulements à billes à contact oblique à double rangée série CNCJ 33 sont fabriqués selon les normes ISO en matière de dimensions et de tolérance sur toute la gamme de tailles d'alésage et de classes de précision requises pour les applications décrites dans cet article. Leur gamme de produits couvre la qualité P0 standard pour une utilisation industrielle jusqu'à la qualité de précision P4 pour les applications de machines-outils et d'instrumentation, avec des configurations scellées et ouvertes, de multiples options de dégagement et un support technique d'application pour l'aide au calcul de la charge et de la durée de vie.